殷振慧，宋斐菲，嚴 冬，張建軍，梁阿磊

0 引言

視頻監(jiān)控行業(yè)作為安防產(chǎn)業(yè)的重中之重，正經(jīng)歷著由模擬監(jiān)控系統(tǒng)到數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，再到智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。隨著技術(shù)的革新，尤其是以IP攝像機為代表的網(wǎng)絡化監(jiān)控技術(shù)，使得視頻監(jiān)控系統(tǒng)無論是在圖像質(zhì)量還是在智能化程度方面都達到了新的高度，但同時也帶來了新的挑戰(zhàn)，其中系統(tǒng)兼容性問題正日益成為設備制造商和系統(tǒng)集成商關(guān)注的焦點。

智能化的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不同廠商的設備即有其專業(yè)分工，又需要相互協(xié)作共同組成一套完整的解決方案。這種架構(gòu)給視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來了豐富的靈活性和創(chuàng)新空間，但也不可避免的涉及到不同廠商設備如何互聯(lián)互通。由于各廠商采用的技術(shù)不同，尤其是沒有統(tǒng)一的控制信令，兼容性問題逐漸成為制約網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。

目前在大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，互聯(lián)互通主要采用以下實現(xiàn)方式：基于SDK進行二次開發(fā)、基于ONVIF或PSIA標準協(xié)議等[1]。本文先研究了目前普遍使用的基于 SDK進行二次開發(fā)的實現(xiàn)方式以及其在應用中的缺陷。在此基礎上，詳細介紹了基于開放接口標準的集成方法，以求給大型系統(tǒng)集成項目設計提供參考。

1 基于SDK進行二次開發(fā)的集成方案

目前在大型視頻監(jiān)控應用領域中，最普遍的是采用基于設備供應商提供的SDK（Software Development Kit）進行二次開發(fā)的方法進行系統(tǒng)集成。

1.1 基于 SDK進行二次開發(fā)的集成方案實現(xiàn)

如圖1，以編碼器或IP Camera與NVR（Network Video Recorder）的集成為例，簡單介紹基于 SDK進行二次開發(fā)的集成方案。這種方式中，SDK運行在NVR服務器上實現(xiàn)對設備的控制功能。編碼器或IP Camera的API提供了一種軟件和硬件的接口機制，如圖1所示：

圖1 NVR與編碼器SDK集成方式

1.2 基于 SDK進行二次開發(fā)的集成方案應用缺陷

在大型系統(tǒng)應用領域，中央管理軟件需要與編碼器、硬盤錄像機、網(wǎng)絡攝像頭等硬件設備集成，共同構(gòu)成一套完整的系統(tǒng)。在這種大規(guī)模集成的情形下，采用SDK進行二次開發(fā)的方式進行集成存在以下一些問題：

1）各設備廠商提供SDK的集成方式是以硬件為主導。系統(tǒng)集成商來通過與設備供應商的溝通對SDK進行二次開發(fā)，將各個廠商的設備接入系統(tǒng)中。這樣的接入方式顯然以硬件設備為主導，集成系統(tǒng)的性能很大程度上取決于設備廠商對SDK的開放程度，嚴重阻礙了設計的靈活性與創(chuàng)新性。

2）以SDK方式進行集成，集成深度不夠。API屬于上層軟件層次的集成方式，可能會導致設備功能的缺失，也很難實現(xiàn)一些個性化的功能。同時，雖然大部分廠家聲稱能夠提供完整的API，但是其產(chǎn)品與其他設備互連仍具有不確定性。

3）SDK集成方式是一種高耗低效的集成方式。同樣，因為其屬于上層的集成方式，系統(tǒng)資源（如 CPU）的消耗比較高，這也是一種效率比較低的通信機制。

4）SDK的二次開發(fā)難度大。視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展至今，各設備廠商都擁有其核心技術(shù)。設備的異構(gòu)性和客戶需求的多樣性使得二次開發(fā)工作異常復雜。而且對于不同的系統(tǒng)項目，重復開發(fā)投入現(xiàn)象嚴重。

因此，面對復雜的系統(tǒng)集成問題，設備廠商和集成商不約而同的把目光集中于統(tǒng)一的視頻監(jiān)控行業(yè)接口標準。采用規(guī)范協(xié)議和接口的行業(yè)標準能夠提供廣泛的設備支持，避免了因二次開發(fā)帶來的種種弊端。在巨大的行業(yè)需求驅(qū)動下，兩個安防產(chǎn)業(yè)的接口標準化組織應運而生——ONVIF和PSIA。

2 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準

接口標準化的建立給整個安防產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的變化。一方面，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅猛的發(fā)展勢頭刺激了對安防產(chǎn)業(yè)全球性標準的需求；另一方面，現(xiàn)有標準化組織的努力也加速了市場由模擬系統(tǒng)向數(shù)字網(wǎng)絡系統(tǒng)靠攏。

雖然行業(yè)內(nèi)普遍認識到標準化的重要性和影響力，但對于目前視頻監(jiān)控行業(yè)接口標準的發(fā)展進程仍然了解不清。針對這一狀況，本節(jié)先從系統(tǒng)開放性角度闡述了接口標準化的重要性，再對網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準進行了詳細研究。

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開放性

開放系統(tǒng)是計算機廠商廣泛倡導并積極遵循的商業(yè)策略。不僅有助于增強產(chǎn)品的競爭力, 而且有利于用戶在不同的計算機廠家的產(chǎn)品中選其所需。雖然對于開放系統(tǒng)并不存在精確的定義, 但行業(yè)內(nèi)還是存在著公認的“必具特征”。即是具有可移植性(Portability)、可互操作性( Interoperability )、可伸縮性( Scalability )和易獲得性( Availability )的系統(tǒng)[2]。

對于網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，開放的體系結(jié)構(gòu)意味著系統(tǒng)能夠支持多個視頻壓縮算法、不同型號的網(wǎng)絡攝像機和基于IP網(wǎng)絡的存儲設備，同時這些設備能夠相互協(xié)作共同完成安防任務?；ゲ僮餍砸笠曨l監(jiān)控系統(tǒng)中不同廠商生產(chǎn)的所有視頻設備能夠相互“對話”。這種“對話”既可以是行業(yè)內(nèi)一些約定俗成的接口定義，也可以是一些已經(jīng)發(fā)布的行業(yè)標準。

另一方面，開放系統(tǒng)的非技術(shù)含義是指以可移植性、可互操作性、可伸縮性和易獲得性為目標的計算機產(chǎn)業(yè)標準化行為。標準化行為即是以開放的進程制定標準。

2.2 標準化組織——ONVIF和PSIA

在業(yè)內(nèi)普遍認識到標準化行為對擴大和成熟整個市場的重要性之后，兩個視頻監(jiān)控領域的標準化組織——ONVIF和 PSIA——應運而生。這兩個組織的目標都是為視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件設備和軟件平臺提供標準網(wǎng)絡接口，管理和控制不同廠商的設備以提高互操作性。

2.2.1 開放網(wǎng)絡視頻接口論壇（Open Network Video Interface Forum）

2008年5月，由安訊士(AXIS)聯(lián)合博世(BOSCH)及索尼(SONY)公司三方共同發(fā)起成立一個全球化的非盈利性的開放產(chǎn)業(yè)論壇——開放網(wǎng)絡視頻接口論壇（ONVIF）。

1）基于 ONVIF規(guī)范的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

ONVIF協(xié)議采用Web服務架構(gòu)。Web服務是視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計中常用的技術(shù)手段[3]。如圖2所示：

圖2 基于ONVIF的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

設備的實際功能均被抽象為了Web Service的服務，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制單元以客戶端的身份出現(xiàn)，通過 Web請求的形式完成控制操作。

2）ONVIF規(guī)范的技術(shù)要點

ONVIF規(guī)范采用基于Web Service的B/S架構(gòu)。技術(shù)規(guī)范中使用WSDL（Web Services Description Language）語言對服務進行描述，XML語言標記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，SOAP協(xié)議傳遞消息，如圖3所示：

圖3 基于Web服務的開發(fā)原則

系統(tǒng)中所有的設備功能均是服務提供者以Web服務的方式實現(xiàn)，服務是通過基于XML的WSDL語言進行描述。服務申請者（客戶端）可利用該WSDL文檔通過WSDL編譯工具將特定平臺下的源代碼集成到應用程序中，以使用這些服務。在Web服務的提供者和申請者間采用SOAP消息傳遞協(xié)議[4]。

除此之外，ONVIF規(guī)范中還定義了IP配置、設備發(fā)現(xiàn)、設備類型、設備管理、設備 IO、圖像配置、媒體配置、實時流媒體、事件管理、PTZ控制、視頻分析、設備分析、部署、存儲、安全性等方面的內(nèi)容，詳細資料參見ONVIF2.0版本。

3）ONVIF組織介紹

目前，ONVIF的會員已經(jīng)達到340家。在前15大視頻監(jiān)控供應商中，有11家加入了ONVIF。松下、三星、思科、西門子、?？低?、浙江大華等主流網(wǎng)絡視頻設備制造商都是ONVIF的成員。

ONVIF組織成立將近四年，經(jīng)歷了快速的發(fā)展。2008年11月，該組織發(fā)布了ONVIF1.0版本的規(guī)范。2008年12月，ONVIF又發(fā)布了其1.0版本的測試規(guī)范；到目前為止已有超過1300款符合ONVIF規(guī)范的網(wǎng)絡視頻產(chǎn)品。在2010年11月又發(fā)布了其核心規(guī)范2.0，ONVIF規(guī)范擴展到了顯示設備、存儲設備、視頻分析技術(shù)及其他相關(guān)領域。

2.2.2 物理安全互通性聯(lián)盟（Physical Security Interoperability Alliance）

PSIA（物理安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）是由超過65個物理安防廠商和系統(tǒng)集成商共同組成的全球性聯(lián)盟，創(chuàng)立于2008年2月。

1）PSIA規(guī)范的技術(shù)要點

PSIA規(guī)范包括服務模型和媒體設備規(guī)范，在媒體設備規(guī)范中所有的功能接口規(guī)范都需要引用服務模型。服務模型是整個規(guī)范的基礎。

PSIA規(guī)范是建立在基于REST的服務模型之上。REST是一種比SOAP和XML-RPC更加簡潔的Web服務實現(xiàn)方案。在REST架構(gòu)下，PSIA將所有的接口（包括管理和控制接口）都定義為資源，并按服務分類[5]。REST架構(gòu)提供了一種方便的方式來組織相關(guān)資源，即通過層次化的命名空間來組織，此方法適用于快速的服務發(fā)現(xiàn)和良好的擴展性。

在媒體設備規(guī)范中包括：一致性需求、流媒體、數(shù)據(jù)類型定義、服務命令、存儲、網(wǎng)絡、視頻等，詳細資料參見PSIA IP Media Device Specification1.1版本。

2）PSIA組織介紹

PSIA的成員來自于安防產(chǎn)業(yè)各個領域的生產(chǎn)商，思科、霍尼韋爾、亞薩合萊、派爾高、IBM、Milestone Systems、NICE等廠商都是PSIA的成員。

同ONVIF協(xié)議一樣，PSIA在提高網(wǎng)絡視頻產(chǎn)品的互操作性方面進行了不斷的努力。2009年2月，PSIA正式?jīng)Q定采用REST為支持物理安全產(chǎn)品互操作性的架構(gòu)。一個月以后，PSIA發(fā)布了其IP Media Device規(guī)范的1.0版本。22010年6月發(fā)布了一致性測試工具。2011年11月，PSIA又發(fā)布了其區(qū)域控制規(guī)范。

2.2.3 ONVIF標準和PSIA標準比較

首先，ONVIF標準和PSIA標準的側(cè)重點不同。雖然兩個組織的最終目標都是提高網(wǎng)絡視頻產(chǎn)品的互操作性，但ONVIF更專注于制定網(wǎng)絡視頻設備發(fā)送端與網(wǎng)絡視頻客戶端的標準接口。PSIA定位于更廣泛的安全市場，著眼于各個層面上的安防產(chǎn)品。PSIA將門禁控制、存儲等內(nèi)容也納入到其標準中。

與其市場定位相適應，技術(shù)方面ONVIF標準和PSIA標準采用了不同的框架。ONVIF組織使用SOAP傳遞信息，較為復雜，執(zhí)行起來也更加嚴格。相較于ONVIF標準，PSIA標準采用了REST架構(gòu)。REST架構(gòu)是一種更為簡潔的軟件架構(gòu)風格，滿足輕量級計算的需求，占用的帶寬資源也較少。

2.3 網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準面臨的挑戰(zhàn)

首先，技術(shù)不夠成熟，兼容性不能得到完全的保證。對于現(xiàn)有的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準ONVIF和PSIA，經(jīng)過四年的發(fā)展，兩個組織都發(fā)布了一系列的規(guī)范和測試工具，力求保證網(wǎng)絡視頻監(jiān)控設備間的互操作性。但是，由于技術(shù)本身不夠成熟，不同版本標準的設備兼容性不能得到完全的保證。這導致，雖然大部分廠商都聲稱支持ONVIF協(xié)議或PSIA協(xié)議，但各廠商都只把ONVIF和PSIA作為輔助協(xié)議給予支持。

其次，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準不適用于多種架構(gòu)并存的混合系統(tǒng)。在大型的視頻監(jiān)控項目中，系統(tǒng)歷經(jīng)多次改造，存在模擬系統(tǒng)和數(shù)字化網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)共存的現(xiàn)狀。而ONVIF和PSIA僅限于網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)，并不適用于多種架構(gòu)并存的系統(tǒng)。這種技術(shù)上的局限性，限制了網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準的應用范圍。

同時不斷增長的視頻分析技術(shù)應用需求帶來了新的挑戰(zhàn)。視頻分析產(chǎn)品具有不同的產(chǎn)品形態(tài)和架構(gòu)方式，與系統(tǒng)和外界的交互性更強。分布式的智能攝像機能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的部署，同時流媒體返回的元數(shù)據(jù)（Meta-data）整合成多有用的媒體數(shù)據(jù)[6]。這些特性導致系統(tǒng)對產(chǎn)品的互操作性要求更高。

3 結(jié)論

就目前整個監(jiān)控行業(yè)來看，基于SDK進行二次開發(fā)的集成方式仍然是行業(yè)內(nèi)的主流，但是隨著系統(tǒng)越來越復雜，不斷增加的集成成本也成為用戶不得不考慮的問題。而網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口標準的發(fā)展給集成問題帶來了新的解決思路。當然對于現(xiàn)有的標準ONVIF和PSIA，還處于發(fā)展階段，各設備廠商也只把其作為輔助協(xié)議給予支持，形成被普遍廠商所支持的行業(yè)統(tǒng)一標準仍需要進一步的努力。

就ONVIF和PSIA而言，這兩個組織追求的目標是一致的，技術(shù)上的差異也并不大。目前市場上，ONVIF的市場占有率逐漸高于 PSIA，但也已經(jīng)有同時滿足兩個標準的產(chǎn)品出現(xiàn)。在以視頻分析技術(shù)為代表的監(jiān)控系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢的影響下，這兩個組織標準孰優(yōu)孰劣還無法定論。無論如何，這兩個組織對提高不同廠商生產(chǎn)的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控設備的互操作性方面做出了突出的貢獻，也滿足行業(yè)發(fā)展的需求。

[1]肖行詮，李富祥.視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺互聯(lián)互通的建設思路[J].電力系統(tǒng)通信， 2010，（7）：30-35.

[2]劉錦德.對于開放系統(tǒng)內(nèi)涵的澄清[J].計算機應用，1997，（6），1-3.

[3]Chen Wei,ZhangJiangShan. Thorough Research on Application of Embedded Web server inVideo Surveillance System[J].微計算機信息，2007，（36）：36-38.

[4]Open Network Video Interface Forum. ONVIF Core Specification, version 2.2[Z].2012-05.

[5]Physical Security Interoperability Alliance. Service Model v1.0[Z].2009-02

[6]SoomiYang.An Efficient Surveillance Data Management Scheme for Large-Scale Smart Camera Networks[A].In:Proceedings of 2012 International Conference on Information and Computer Networks[C].Singapore:International Association of Computer Science and Information Technology(IACSIT)，2012.